宁波职业技术学院学报
2007 年第 2 期
. 2 .
２ 磁场定向控制仿真
在高性能闭环伺服驱动系统中，对伺服电动机
一般都要求电磁转矩与输入转矩指令信号（输入电
流）间成线性关系，即电动机应有线性的数学模型。
线性化的电机模型可通过空间磁场定向的转矩矢量
控制实现。伺服电机的控制系统采用速度环、电流
环的串联系统结构。
永磁同步电动机系统经矢量变换后，系统在与
转子同步旋转的ｄ－ｑ轴系下可实现电流的解耦。
由于
表贴式电机交直轴电感相等，在基速下采用ｉ
ｄ
＝０，控
制ｉ
ｑ
的转子磁场定向方法可简单的实现最大转矩控制。
基于ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境的永磁同步电机的
磁场定向控制系统如图 ２ 所示。
此仿真系统包括永磁同步电机的矢量控制坐标
变换模块，Ｓ Ｖ Ｐ Ｗ Ｍ 模块，功率模块和电机及其测
试模块。其中电机及其测试模块可以选用Ｍａｔｌａｂ中
的自带模块，通过修改该模块的参数使其与实例电
机相符。
２．１ 矢量控制坐标变换的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现
永磁同步电机定子 ＡＢＣ 坐标系、Ｏαβ坐标系
与转子 Ｏｄｑ 坐标系的关系如图 １ 所示。Ｐａｒｋ 逆变换
是转子 Ｏｄｑ 坐标系向 Ｏαβ坐标系转换。
（２）
对于该变换的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型如图 ３ 所示。
图 ３ 中，ｕ
１
为 ｃｏｓθ，ｕ
２
为 ｓｉｎθ，ｕ
３
为 ｉ
ｄ
，ｕ
４
为
ｉ
ｑ
，ｆ （ｕ）分别为 ｕ
１
ｕ
３
－ｕ
２
ｕ
４
和 ｕ
２
ｕ
３
＋ｕ
１
ｕ
４
。Ｐａｒｋ变换是
Ｏαβ坐标系向转子 Ｏｄｑ 坐标系转换，即
（３）
对于该变换的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型如图 ４ 所示。
图 ４ 中，ｕ
１
为 ｃｏｓθ，ｕ
２
为 ｓｉｎθ，ｕ
３
为 ｉ
α
，ｕ
４
为
ｉ
β
，ｆ （ｕ）分别为ｕ
１
ｕ
３
＋ｕ
２
ｕ
４
和 －ｕ
２
ｕ
３
＋ｕ
１
ｕ
４
。Ｃｌａｒｋ变换
是将三相 Ａ Ｂ Ｃ 坐标向两相 Ｏαβ坐标系转换，即
将 ｉ
ａ
＋ｉ
ｂ
＋ｉ
ｃ
＝０ 代入，得
（４）
对于该变换的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型如图 ５ 所示。
图３ Ｐａｒｋ逆变换
３
Ｔｈｅｔａ
１
Ｉ
ｄ
２
Ｉ
ｑ
ｃｏｓ（ｕ）
ｓｉｎ（ｕ）
ｆ
（ｕ）
Ｉ＿ｂｅｔａ
ｆ
（ｕ）
Ｉ＿ａｌｐｈａ
１
１
２
１
Ｉ＿ａｌｐｈａ
Ｉ＿ｂｅｔａ
Ｌ
图４ Ｐａｒｋ变换
３
Ｔｈｅｔａ
１
Ｉ
ｄ
２
Ｉ
ｑ
ｃｏｓ（ｕ）
ｓｉｎ（ｕ）
ｆ
（ｕ）
ｆ
（ｕ）
１
１
２
１
Ｉ＿ａｌｐｈａ
Ｉ＿ｂｅｔａ
Ｌ
ｉ
ｄ
ｉ
ｑ
ｉ
α
＝ｉ
ｄ
ｃｏｓθ－ｉ
ｑ
ｓｉｎθ
ｉ
β
＝ｉ
ｄ
ｓｉｎθ＋ｉ
ｑ
ｃｏｓθ
｝
图 ２ 永磁同步电机的磁场定向控制系统
ｉ
ｄ
＝ｉ
α
ｃｏｓθ＋ｉ
β
ｓｉｎθ
ｉ
ｑ
＝－ｉ
α
ｓｉｎθ＋ｉ
β
ｃｏｓθ
｝
ｉ
α
＝ （ｉ
ａ
－ ）
ｉ
β
＝ （ｉ
ｂ
－ｉ
ｃ
）
ｉ
０
＝ （ｉ
ａ
＋ｉ
ｂ
＋ｉ
ｃ
）
２
３
ｉ
ｂ
＋ｉ
ｃ
２
１
３
１
３
ｉ
α
＝ｉ
ａ
ｉ
β
＝ （ｉ
ｂ
－ｉ
ｃ
）
｝
３
３